第八届集创赛杯赛题目——海云捷迅杯

海云捷迅杯

一、杯赛题目:基于FPGA的机械臂精确控制系统设计

二、参赛组别:A组、B

三、设计任务:

本赛项涉及的机械臂精确控制系统是工业自动化和智能制造关键技术,随着机械臂在工业、特种机器人、医疗、服务型机器人中越来越广泛的应用,对机械臂控制系统的功能、性能要求越来越高。多自由度机械臂的控制精度、稳定性、灵活性对于机械臂的应用有十分重要的意义。

本次杯赛要求选手使用指定FPGA开发套件和舵机完成多自由度机械臂的控制。完成不同形状、颜色的目标物体的指定路线移动动作。移动路线如下:

选手根据自身能力选择合适的难度(见下文3个不同的难度等级介绍),并进行方案设计,完成物体取放、移动路线计算、规划等功能实现,对机械臂进行精确控制,将物体移动到目的地并按照要求进行排列。

另外,根据选手选择的难度,自由的选择使用或者不使用外设,例如:选择难度2和3的选手可以选择使用摄像头、颜色传感器等不同的方式对目标物体进行颜色识别;选择难度1的选手不可使用任何外设。

系统设计要求

1. 参赛团队必须在指定的C4开发板上完成运动控制的算法和功能;

2. 在完成难度1的功能时,不可外接其它算力平台;用于校准的接触开关、接近开关等传感器可以使用;

3. 在完成难度2/3的功能时:

(1) 尽量选用能够在指定C4开发板上完成的算法进行颜色和形状识别,完全不借助外接算力视为最优(摄像头等必要传感器不归为外接算力,但所选外设模块上带有处理器进行了数据预处理的也归为外接算力)

(2) 如果指定的C4开发板资源无法满足参赛团队的设计要求,可以借助MCU、树莓派等外接算力平台。但在实现同样功能的情况下,得分低于未借助外接算力平台的队伍;在实现同样功能的情况下,在指定C4开发板上实现的功能越多的队伍成绩越优。比如:

A队在指定C4开发板上实现了难度3的功能,而且没有借助外接算力;B队在指定C4开发板外接低成本STM32完成了难度3的功能;C队在指定C4开发板外接树莓派完成了难度3的功能,那么在设计及汇报得分方面A > B > C

A/B两队都在指定C4开发板外接树莓派完成了难度3的功能,A队仅在树莓派上进行了图像预处理,图形定位是在指定C4开发板完成,而B队在树莓派上进行了图形定位,那么在设计及汇报得分方面A > B

4. 除开附加分,评分宗旨为同样的功能完成的难度越大,得分越高;FPGA完成的比重越大,得分越高;对于附加分功能扩展而言,实用性、完整性为评分的宗旨,不受算力平台限制,可自由发挥

5. 功能扩展和比赛要求的功能之间相互独立,也就是说去掉功能扩展,系统也必须能独立工作

6. 不提倡滥用设备、堆性能的行为;注重成本控制

本赛题对物体的移动分为3个不同的难度等级,如下:

1. 难度1:不区分物体颜色、形状;固定起始位置;不进行目的地排列,难度★;

2. 难度2:区分物体颜色,不区分形状;随机乱序起始位置;按照颜色进行目的地排列,忽略相同颜色不同形状的顺序,难度★★★;

3. 难度3:区分物体颜色、形状;随机乱序起始位置;按照颜色、形状进行目的地排列,难度★★★★★;

注意:难度1~3均不会出现等待移动的物体重叠的情况

赛题同时鼓励参赛选手进行赛题功能扩展,如下:

1. 功能性上位机开发(比如孪生界面等)

2. 机械臂控制系统完整性考虑(比如系统参数调整、调试接口设计等)

3. 其它

四、设计指标:

1. 本赛题的基本完成要求为:完成难度1的不区分物体颜色、形状;固定起始位置;不进行目的地排列;

2. 不同难度对应相应的难度分;完成移动的物体数量进行得分累加;完成物体移动的速度进行得分加成;

3. 参赛团队所实现的功能使用RTL实现的均认定为优于非FPGA实现,比如:使用RTL实现机器视觉识别得分优于外接算力平台进行机器视觉识别。视觉识别算法不一定是神经网络算法

五、硬件要求及说明

1. 本次比赛必须使用指定AWC_C4 FPGA开发套件(青春版)和舵机作为赛题硬件平台;

2. 海云捷迅可以提供100套的AWC_C4 FPGA开发套件(青春版)免费使用,申请开发套件的团队需要缴纳押金600元,并保证赛事结束后完整归还如有损坏或遗失需进行赔偿

3. 需要申请借用开发套件的参赛团队发送邮件到ciciec_support@awcloud.com。邮件主题为“[集创赛硬件借用申请]”,并以“附件一 集创赛硬件借用申请表格(手写签字版本)”、“赛事报名表(签字盖章版本)”及“参赛押金缴费的截图(报名平台内显示已支付)”作为邮件附件,工作人员在收到申请邮件后会与参赛团队进行联系;附件下载

4. 报名开始后即可申请借用,开发套件数量有限,先申请先得(按照押金到账时间顺序),请参赛团队及时提交申请。如开发套件借用名额已满,参赛团队需自行购买开发套件。具体购买流程请邮件向工作人员咨询(ciciec_support@awcloud.com,邮件主题为“[开发套件购买咨询]”),工作人员在收到申请邮件后会与参赛团队进行联系;

5. 从赛题公平性角度考虑,本次比赛必须使用指定的舵机,舵机需参赛队伍自行购买,购买链接为:

https://item.taobao.com/item.htm?id=763100488914&spm=a1z10.5-c-s.w4002-18555111852.25.40552747SVjQpY

该购买链接为本赛事专用链接,购买者与客服说明是第八届海云捷迅杯参赛团队可享受赛事专享价格,并明确告知客服需要购买的器件清单。赛事专享价格会持续到报名结束后1个月,1个月后会恢复原价;

6. 参赛选手可以使用成品机械臂(必须使用指定的舵机),也可以自行设计、制作机械臂。因为需要移动的物体为薄片,所以建议使用气泵方式进行物体取放

7. 参赛选手根据选择的难度,自行选择需要使用的外设,或者不使用外设;

六、提交内容:

初赛阶段

1. 汇报PPT

(1) 项目介绍

(2) 关键技术介绍

(3) 性能指标(目标锁定时间、定位精度、移动速度等)

2. 详细设计方案:

(1) 系统架构分析

(2) 关键技术分析

(3) 性能分析(目标锁定时间、定位精度、移动速度等)

3. 测试报告

4. 工程源码

5. 效果演示视频

分赛区决赛及总决赛阶段

1. 现场汇报PPT

(1) 项目介绍

(2) 关键技术介绍、提升点、数据统计

(3) 仿真及测试过程例证、呈现

(4) 性能指标(目标锁定时间、定位精度、移动速度等)

2. 详细设计方案:

(1) 系统架构分析

(2) 关键技术分析

(3) 性能分析(目标锁定时间、定位精度、移动速度等)

3. 测试报告

4. 现场效果演示

七、评分标准

项目

内容

分值

评分要求

基本指标(20分)

可正常运行

10分

系统正常运行,能正常完成机械臂控制

0分

系统无法正常运行

能正确移动难度1的物体

10分

能正确移动难度1的12个物体中的至少7个得5分;

多一个加1分,少一个减1分;最高分10分,最低分0分

功能指标(30分)

能正确移动难度2的物体

12分

起始分数为0,正确移动一个难度2的物体加1分,最高12分

能正确移动难度3的物体

18分

起始分数为0,正确移动一个难度3的物体加1.5分,最高18分

性能指标(20分)

单位物体移动耗时

20分

按照单位物体移动耗时进行排名,得分从0分到20分按排名均布

设计完整性(20分)

设计方案

6分

设计方案原理合理、逻辑清晰

测试报告

6分

详细且充分的测试报告;

对整个方案实现提供详尽的数据支撑

工程源码

8分

工程源码完整;

进行了详尽的注释说明

汇报及答辩(20分)

汇报PPT

5分

汇报PPT重点突出、条理清晰

方案描述

5分

方案原理分析合理、逻辑清晰

测试描述

5分

对开发过程中测试进行合理描述,对方案实现过程进行数据支撑,描述简单明了、抓住重点

现场表现

5分

答辩和文档表现优秀

八、附加分:

在评分标准中基本指标和功能指标以外进行了功能扩展,并且在文档和答辩中进行充分描述和证明。附加分总分为50分。

分值

说明

15分

完成功能性上位机开发,从实用型、必要性、先进性等方面综合评价

15分

完成系统完整性考虑并实现,从方便易用;便于调试、设置等方面综合评价

20分

其它功能性扩展,由评委综合评价

九、硬件说明:

1. AWC_C4 FPGA开发套件(青春版)

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(1) 板载USB-Blaster 二代下载线,提高开发效率

(2) 经典款FPGA、学习资源超多

(3) 逻辑资源:6K LEs

(4) 可用GPIO179

(5) 270Kb内嵌Memery

(6) 1518*18乘法器

(7) 丰富的外设资源;

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2. 舵机

型号:ZP10SZP15DZP25DZP10D

说明:

1) 串行总线接口(兼容PWM

2) 舵机ID识别

3) 支持角度回读

4) 温度和电压反馈

5) 智能防堵转

6) 舵机精度:0.24°

3. 比赛用于搬移的物体

比赛用于搬移的物体为多种形状、多种颜色的塑料薄片,尺寸大致如下:

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借用或购买开发套件的队伍,这些塑料薄片会跟开发套件一起寄给参赛队伍用于开过程中的测试。

十、注意事项:

1. 参加杯赛的作品,杯赛出题企业有权在同等条件下优先购买参加本企业杯赛及单项奖获奖团队作品的知识产权。

2. 大赛组委会对参赛作品的提交材料拥有使用权和展示权。


(请参赛团队务必添加报名杯赛的答疑钉钉群中,以便及时获取杯赛最新通知及进展,群号码及入群方式:点击查看


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